發光顯示元件和往電布線基片上連接的方法、及製造方法
2023-06-09 03:52:21
專利名稱：發光顯示元件和往電布線基片上連接的方法、及製造方法
技術領域：
本發明涉及一種以晶片的PN接合面和基片相垂直的狀態被放置在電布線基片上的發光顯示元件和往電氣布線基片上的連接方法、以及製造方法。
雖然發光二極體(以下簡稱為「LED」)等發光顯示元件也可以單獨使用，但是，通常情況下是把多個發光顯示元件排列成矩陣狀，形成點陣式顯示單元而使用的。這樣的用途包括列車和計程車等交通工具用顯示器、行動電話機的字符顯示部及按鍵的背景照明、控制裝置用顯示器、或遊戲機用顯示器等。
往點陣式顯示單元等安裝LED晶片的典型的現有技術是，把在同PN接合面平行的兩個表面上形成有電極的LED晶片的一個電極，通過小片焊接方法直接接合在點陣式顯示單元的電布線基片上之後，利用引線焊接方法把晶片表面的另一個電極和電布線基片電氣連接起來。在這樣的LED晶片安置方法中，只把一個電極放置在電布線基片上，使PN接合面與電布線基片平行，而另一個電極離開電布線基片的表面，所以必須利用引線焊接方法進行電氣連接。該安置方法的缺點是，由於必須利用LED晶片之間的間隙作引線接合，所以不可能縮小各晶片之間的間隔，且最小間隔必須為2mm左右，因此，點陣式顯示單元不能進行高清晰度顯示。
為了解決上述缺點，如圖20A、20B、20C所示，開發出利用薄膜電極3、4把LED晶片放置在電布線基片上的結構，其中，LED晶片1的PN接合面2垂直於電布線基片。在本說明書中規定，把使PN接合面與電布線基片平行的上述放置方式稱為縱置方式，而把如圖20A、20B、20C所示的使PN接合面2與電布線基片垂直的放置方式稱為橫置方式。在LED晶片1中，在垂直於PN接合面2的方向的兩端設有薄膜電極3、4，同形成於作為電布線基片的單元基片5表面上的布線導線6、7電氣連接。在進行上述連接時，先用粘接劑8把LED晶片1的側面固定在單元基片5上，再用焊料9把兩側的薄膜電極3、4分別電氣連接在布線導線6、7上。
圖20A表示往單元基片5上放置LED晶片1時的放置精度良好的情況。然而，如圖20B所示，在向單元基片5放置LED晶片1時的放置精度差的情況下，在LED晶片1的側面，晶面10是露出的，從而使PN接合面2的側端部呈裸露狀態，所以，有可能通過布線導線6使PN接合面2短路。圖20C表示以一個薄膜電極4作為底面縱向放置LED晶片1的狀態。由於P層比N層薄，所以PN接合面2設置在靠近薄膜電極3、4中的不作為底面的另一方、例如薄膜電極3的位置上。薄膜電極3的厚度約為十分之幾個微米(數千)，是用金(Au)電極等形成的。
例如，在特公昭56-44591、特開昭54-22186、特開昭57-49284、特開平6-177435、特開平6-326365、特開平7-283439、特開平8-172219、特開平9-51122等日本專利中，公開了把LED晶片橫向放置在電布線基片上的現有技術。
在特公昭56-44591中，是在電布線基片上的LED晶片放置位置上塗電絕緣性粘接劑，從而用電絕緣性粘接劑固定LED晶片的一個側面和兩個電極的局部。並利用導電性粘接劑或合金焊料把LED晶片的剩餘的電極和電布線基片上的布線導線連接起來。LED晶片的PN接合部呈裸露狀態。
在特開昭54-22186中，是在電布線基片上塗焊料而形成焊料層。LED晶片的電極是由具有焊料親和性的金屬構成的，並留有透光空間。當在電布線基片上的晶片放置位置上放置LED晶片並加熱時，焊料熔化，從而把電布線基片和LED晶片電極之間跨接起來。LED晶片的PN接合部呈裸露狀態。
在特開昭57-49284中，是在電布線基片上的電極連接部之間的絕緣基片上塗電絕緣性粘接劑，粘住LED晶片的一個側面而預固定之後，再用合金焊料把LED晶片的電極和電布線基片上的布線導線連接起來。LED晶片的PN接合部呈裸露狀態。
在特開平6-177435中，是在電布線基片上粘附的帶子上開設小窗口而確定LED晶片的放置位置，並在LED晶片兩側電極上設置熱熔性導電材料，加熱熔化導電材料，從而把LED晶片的電極和電布線基片上的布線導線電氣連接起來。LED晶片的PN接合部呈裸露狀態。
在特開平6-326365中，是在兩側電極和LED晶片的側面上塗覆電絕緣性塗層。雖然使PN接合面不處於裸露狀態，但由於在電極的側端面上也附著有電絕緣性塗層，所以，同布線導線的電氣連接有可能產生障礙。在特開平8-172219中，是使用導電性粘接劑和金屬焊料把具有多個PN接合面的多色LED電氣連接到電布線基片上。在這些現有技術中，PN接合面的側端部處於裸露狀態，因此，如果向電布線基片放置時的放置精度差，則如上所述，有可能因布線導線而使PN接合面發生短路。
圖21A、21B表示特開平7-283439、特開平9-51122中公開的LED晶片的放置方法及形狀。如圖21A中的剖視圖、圖21B中的透視圖所示的LED晶片11的結構是，同其它結晶部分相比，包含PN接合面周圍的側面的一部分向裡縮進而成為凹部，並形成有絕緣膜12。在同PN接合面平行的薄膜電極的另外兩側分別形成厚膜電極13、14，用導電性漿料16、17分別連接在形成於單元基片5上的布線導線6、7上。導電性漿料16、17具有熱固性。
圖22A、22B、22C表示在單元布線基片5上放置如圖21A、21B所示類型的LED晶片11的狀態。圖22A表示LED晶片11的放置精度高的情況，圖22B表示LED晶片11的放置精度低的情況。即使放置精度差，由於在PN接合面周圍設有絕緣膜12，所以，難以產生短路和洩漏等電氣問題。圖22C表示在單元基片5上安裝多個LED晶片11的狀態。通過導電性漿料16、17把多個LED晶片11固定在單元基片5上之後，再放置在由加熱器20加熱的下模板21上，然後用上模板22從上方經橡膠層23按壓各LED晶片11。從而，使各LED晶片11的厚膜電極13、14與單元基片5上的布線導線6、7緊密接觸，並使附著在布線導線6、7上的導電性漿料16、17固化。其結果，在厚膜電極13、14和布線導線6、7保持電氣連接的狀態下，通過導電性漿料16、17把LED晶片11固定在單元基片5上。
圖23表示製造如圖22A、22B、22C所示的、在側面上具有局部絕緣膜12的LED晶片11的工序。步驟S1表示的是，利用擴散等工藝在基片上形成P層31和N層32，在其邊界上形成PN接合面2，並分別在一個表面上形成電極層33而在另一個表面上形成電極層4。在形成電極層33、4時，蒸鍍金(Au)和鈹金(AuBe)等金屬。在步驟S2，通過光刻工藝製造設置在P層31一側的P電極。在步驟S3，在形成於晶片30的一側表面整體上的電極層33上形成抗蝕劑層34，通過玻璃掩膜進行曝光之後，用顯影液和清洗液進行處理，進行P電極的光刻，分別留下端子電極3除去電極層33。在步驟S4，重新在端子電極3上塗覆抗蝕劑層35，並進行光刻以使得剩餘部分保護端子電極3的周邊。在步驟S5，進行從晶片30的一個表面側切削端子電極3之間的半切割。在晶片30的另一個表面側貼有粘附片。從一個表面側切入的刀片不完全分離整體，切割後使殘留部分的厚度為例如110μm。接著，從晶片30的另一個表面取下粘附片，用硫酸(H2SO4)和過氧化氫(H2O2)等的混合液進行蝕刻。
在步驟S6，剝離保護用的抗蝕劑。為了剝離抗蝕劑，使用OMR剝離液。在步驟S7，塗覆混合了環氧和丙烯的樹脂，使得在形成於步驟S5的半切割過程中的切入部形成樹脂層37。在步驟S8，在晶片30的兩個表面形成銀漿電極38，在步驟S9，按單個LED晶片11進行全切割。在進行全切割時，把晶片30的另一個表面粘貼在粘附片上，然後用刀片進行將各LED晶片11完全分離的全切割。
由於如圖20A、20B、20C和圖21A、21B所示的LED晶片1、11的側面作為晶面10而全部或部分露在外面，所以，如果在向單元基片5等放置LED晶片時發生晶片放置偏差，則有可能使作為晶面10而露在外面的部分同單元基片5上的布線導線6、7等接觸。當發生這樣的接觸時，在有助於LED晶片1、11發光的「PN接合面2」不流過電流，所以，產生晶片亮度低和晶片不亮的問題。如圖21A、21B所示，即使是用絕緣膜12蓋住PN接合面2周圍的LED晶片11，如果超出晶片放置位置的偏差界限，由於晶面10的露出部分與單元基片5上的布線導線6、7等接觸，所以和圖20A、20B、20C中的LED晶片1一樣，會產生晶片亮度低和不亮的問題，若考慮晶片放置精度的離散，則不能說是完善的晶片結構。
本發明目的在於提供一種發光顯示元件和往電布線基片上連接的方法、以及製造方法，該發光顯示元件被放置成PN接合面同基片相垂直的狀態，發光顯示元件的結晶側面不會因放置位置的偏差而同所不期望的其它部分接觸，且不會發生發光亮度低和不亮的問題。
本發明的一種發光顯示元件，是用晶片狀半導體材料製成的，放置後PN接合面和電布線基片相垂直，並把在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極和保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極接合起來，而且，在端子電極之間，一個側面朝向所述電布線基片，且至少在所述側面的整個表面上形成電絕緣覆膜。
在本發明中，發光顯示元件被放置成PN接合面和電布線基片相垂直的狀態，在該發光顯示元件的、同PN接合面相垂直的方向的兩端，分別形成端子電極。具有間隔地在電布線基片上設有連接電極，並使端子電極電分別與其接合。在發光顯示元件的端子電極之間的一個側面上，與電布線基片相對地至少在該側面的整個表面上形成電絕緣覆膜，因此，即使往電布線基片上放置時的放置精度差或位置偏差較大，也不用擔心PN接合面的側端部會和導線等其它部分接觸，從而，可防止亮度低和不亮等問題。
如上所述，根據本發明，由於在半導體顯示元件的側面中的、被設置時同電布線基片相對的側面上形成電絕緣覆膜，因此，即使放置位置發生偏差，晶面也不會和布線導線等接觸，所以能夠防止起因PN接合面的短路等引起的亮度低的和不亮等的問題的產生。即使往基片上放置時的放置位置的精度差，也能夠較好地進行電氣連接，所以沒有必要提高發光顯示元件晶片的晶片焊接裝置等的放置精度，而能夠以低成本裝置快速地放置晶片。並且，暫時放置發光顯示元件的晶片之後，不必進行去掉後再安裝新的發光顯示元件晶片的恢復操作，所以能高效地製造必須安裝多個發光顯示元件的圖像顯示單元等。
而且，在本發明中，所述電絕緣覆膜最好由紫外線固化型樹脂形成。
在本發明中，由於用紫外線固化型樹脂形成電絕緣覆膜，所以，可通過選擇性地照射紫外線而有效地形成電絕緣覆膜。由於使用紫外線固化型樹脂，所以可容易地選擇固化部分和非固化部分，又由於不序加熱，所以可容易地形成絕緣性覆膜。
根據本發明，由於形成於發光顯示元件側面的電絕緣覆膜，是由紫外線固化型樹脂形成的，所以可容易地形成覆蓋發光顯示元件側面的覆膜。
而且，在本發明中，所述電絕緣覆膜對於從所述PN接合面射出的光來說最好是透明的，並且最好是從包含環氧樹脂和酚醛樹脂的有機材料、或是包含氧化矽和氧化鋁的無機材料中選擇的物質。
在本發明中，把覆蓋PN接合面的側端部的電絕緣覆膜做成透明的，因此，可使在PN接合面產生的光直接射出。
根據本發明，通過把電絕緣覆膜做成透明的，不會使產生於PN接合面的光的波長發生變化或強度變弱，而保持原樣地射出。
再者，在本發明中，所述半導體材料最好是從III-V族化合物半導體、II-VI族化合物半導體或者碳化矽中選擇的物質。
在本發明中，使用了從含可見光產生物質較多的化合物半導體中選擇的半導體材料，所以能獲得發光效率高的發光顯示元件。
根據本發明，由於從含可見光產生物質較多的化合物半導體中選擇半導體材料而形成發光顯示元件，所以能獲得發光效率高的發光顯示元件。
此外，在本發明中，所述端子電極最好是通過金屬薄膜和導電焊料或導電樹脂粘接劑的組合而形成。
在本發明中，用導電焊料或導電樹脂粘接劑，使發光顯示元件的P型及N型半導體層端面上的電極和金屬薄膜之間導通，所以，可用金屬薄膜進行同外部的電氣連接。
根據本發明，可用導電焊料或導電樹脂粘接劑和金屬薄膜，把發光顯示元件的P型及N型半導體層端面的電極和外部之間電氣連接起來。
另外，在本發明中，所述端子電極最好是通過金屬薄膜和各向異性導電樹脂粘接劑的組合而形成。
在本發明中，可使用各向異性導電樹脂粘接劑使發光顯示元件的P型及N型半導體層端面的電極和金屬薄膜之間導通，並用金屬薄膜進行同外部的電氣連接。
根據本發明，可用各向異性導電樹脂粘接劑和金屬薄膜，使發光顯示元件的P型及N型半導體層端面的電極和外部之間電氣連接。
此外，在本發明中，所述端子電極最好是形成於同所述PN接合面相垂直的方向的兩端，其表面和所述電布線基片的表面相垂直。
在本發明中，由於端子電極的側端面與電布線基片的表面平行，所以可擴大端子電極和電布線基片上的接觸電極之間的接觸面積。若端子電極的側端面和接觸電極不平行，則接觸部成線狀，接觸面積變小。若擴大接觸面積，則易實現導通，並減小電阻值。
根據本發明，能夠擴大發光顯示元件的端子電極和電布線基片上接觸電極之間的接觸面積，易實現導通，並能減小電阻值。
而且，在本發明中，最好在形成所述端子電極時至少在局部留出透光空間。
在本發明中，雖然端子電極不具有透光性，但是，不是形成在整個表面上，而至少在局部留有透光空間。通過透光空間，能夠取出從半導體晶體發出的光，所以，可提高發光強度。
根據本發明，由於形成端子電極時至少在局部留出透光空間，所以能取出從半導體晶體發出的光，可提高發光強度。
再者，在本發明中，最好在與所述布線基片相對的側面形成臺階，使PN接合面的側端部所處位置比端子電極的側端面還要靠裡側。
在本發明，由於在與電布線基片相對的發光顯示元件的側面形成臺階，所以，當把發光顯示元件放置在電布線基片上時，可在電布線基片上的連接電極和PN接合面的側端部之間留出空間。這樣，即使放置精度差，也能防止PN接合面和連接電極之間的短路。
根據本發明，利用在發光顯示元件的側面形成的臺階，即使向電布線基片上放置發光顯示元件時的放置精度較差，也能防止PN接合面和連接電極之間的短路。
另外，在本發明中，所述電絕緣覆膜最好是形成於形成有所述臺階的側面，使表面與兩端的所述端子電極的側端面位於同一平面。
在本發明中，當把發光顯示元件放置在電布線基片上的時候，電絕緣覆膜的表面和端子電極的側面位於同一平面，至少使電絕緣覆膜不向外超出端子電極的側端部，所以，可使端子電極和接觸電極可靠地接觸而導通。
根據本發明，由於電絕緣覆膜的表面和端子電極的側端部位於同一平面，所以，可使端子電極和接觸電極可靠地導通。
本發明涉及的另一種發光顯示元件，是用晶片狀半導體材料製成的，放置後PN接合面和電布線基片相垂直，並把在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極和保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極接合起來，而且，在朝向電布線基片的側面形成臺階，使PN接合面的側端部所處位置比端子電極的側端面還要靠裡側。
在本發明中，由於在與電布線基片相對的發光顯示元件的側面上形成臺階，所以，在電布線基片上放置發光顯示元件的時候，可在電布線基片上的連接電極和PN接合面的側端部之間留有間隔。這樣，即使放置精度差，也能防止PN接合面和接觸電極之間的短路。
根據本發明，利用形成在發光顯示元件側面的臺階，即使在電布線基片上放置發光器件時的精度較差，也能防止PN接合面和接觸電極短路。
而且，在本發明中，最好在形成有所述臺階的側面形成電絕緣覆膜，使表面和兩端的所述端子電極的側端面位於同一平面。
在本發明中，當把發光顯示元件放置在電布線基片上的時候，電絕緣覆膜的表面和端子電極的側端面位於同一平面，至少使電絕緣覆膜不向外超出端子電極的側端部，所以，可使端子電極和接觸電極可靠地接觸而導通。
根據本發明，由於電絕緣覆膜的表面和端子電極的側端面位於同一平面，所以，可使端子電極和接觸電極可靠地導通。
本發明涉及的一種往電布線基片上連接發光顯示元件的方法，使用各向異性導電樹脂粘接劑把所述發光顯示元件的端子電極連接在所述電布線基片的連接電極上，其中，所述發光顯示元件是用晶片狀半導體材料製成的，放置後PN接合面和電布線基片相垂直；在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極被接合在保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極上；在端子電極之間，一個側面朝向所述電布線基片，且至少在所述側面的整個表面上形成電絕緣覆膜，或是形成臺階以使PN接合面的側端部所處位置比端子電極的側端面還要靠裡側。
根據本發明，在電布線基片的連接電極上塗各向異性導電性樹脂粘接劑，在其上接合發光顯示元件的端子電極時，進行加熱和加壓。各向異性導電樹脂粘接劑只是在發光顯示元件端子電極側端面和電布線基片的連接電極之間導通，由於其它部分不導通，所以可避免PN接合面間的短路，使連接可靠。
根據本發明，各向異性導電樹脂粘接劑只是在發光顯示元件端子電極側端面和電布線基片的連接電極之間導通，由於其它部分不導通，所以可避免PN接合面間的短路，使連接可靠。
此外，在本發明中，最好是使用各向異性導電樹脂粘接劑連接在所述電布線基片的連接電極上，所述各向異性導電樹脂粘接劑中作為導電成分只含有最大粒徑小於所述臺階的粒子。
在本發明中，作為各向異性導電樹脂中的導電成分的粒子，即使被夾在PN接合面的側端部附近，由於粒子的最大直徑比臺階小，所以不會使PN接合面之間短路，能夠可靠地使端子電極和連接電極之間電氣連接。
根據本發明，作為各向異性導電樹脂中的導電成分的粒子，即使被夾在PN接合面的側端部附近，由於粒子的最大直徑比臺階小，所以不會使PN接合面之間短路，能可靠地使端子電極和連接電極間電氣連接。
再者，在本發明中，最好是使用導電焊料或導電樹脂粘接劑，把所述發光顯示元件的端子電極連接在所述電布線基片的連接電極上。
在本發明中，把發光顯示元件的端子電極預固定在電布線基片的連接電極上，然後用導電焊料或具有導電性的一種樹脂粘接劑進行電氣連接。具有導電性的焊料和樹脂粘接劑同各向異性導電樹脂粘接劑等比較價格低廉，可降低把發光顯示元件安裝在電布線基片上時所需成本。
根據本發明，使用導電焊料或具有導電性的一種樹脂粘接劑，使電布線基片的連接電極和發光顯示元件的端子電極電氣連接，同使用各向異性導電樹脂粘接劑等的情況相比，可降低成本。
另外，本發明提供一種發光顯示元件的製造方法，放置後的發光顯示元件的PN接合面和電布線基片相垂直，在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極，被接合在保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極上，所述製造方法包括晶片製造步驟，在半導體晶片內部形成同表面平行的PN接合面，在一個表面上形成各發光顯示元件的各自的端子電極，在另一個表面的整個表面上形成電極層；元件間隔擴大步驟，把所述半導體晶片的另一個表面粘貼在粘貼片上，然後在各發光顯示元件之間切割半導體晶片而分離成單個的發光顯示元件的晶片，並拉伸粘貼片而擴大發光顯示元件晶片之間的間隔；絕緣步驟，從所述一個表面側，在所述發光顯示元件晶片之間的間隙中塗覆電絕緣用樹脂，並將其固化；去除絕緣步驟，從所述一個表面側的端子電極表面，去除被固化的電絕緣用樹脂而露出端子電極表面；電極形成步驟，從所述一個表面側塗覆導電性漿料，並剝離所述另一個表面側的粘貼片而塗覆導電性漿料，再熱固化塗覆在兩個表面上的導電性漿料，從而形成膜電極；分離發光顯示元件晶片的步驟，在所述各發光顯示元件晶片之間，以能留下所述被固化的電絕緣用樹脂的方式進行切割，從而，對在側面的整個表面上具有電絕緣用樹脂層的發光顯示元件晶片進行分離。
在本發明中，在元件間隔擴大步驟中，把在晶片製造步驟中製造的半導體晶片粘貼到粘貼片上後分離成單個的發光顯示元件的晶片，然後拉伸粘貼片，擴大發光顯示晶片之間的間隔之後，在絕緣步驟中塗覆電絕緣用樹脂並使其固化，所以，能夠在發光顯示元件的晶片之間留有足夠間隔的狀態下形成絕緣覆膜。由於晶片之間具有足夠的間隔，所以能形成較厚的絕緣覆膜，在晶片分離步驟中切割時，能夠在發光顯示元件晶片的周圍留下絕緣覆膜。
根據本發明，在把半導體晶片分離成單個的發光顯示元件的晶片並擴大晶片間的間隔之後，塗覆電絕緣用的樹脂並進行固化，所以，在切削分離被固化的電絕緣用樹脂後，能夠在發光顯示元件側面上充分留下被固化的絕緣用樹脂層。
而且，在本發明中，在所述絕緣步驟中塗覆的電絕緣用樹脂最好是紫外線固化型。
在本發明中，由於把紫外線固化型樹脂作為絕緣用樹脂使用，所以用紫外線只照射要固化的部分，並能夠容易地除去未固化部分。
根據本發明，由於把紫外線固化型樹脂作為絕緣用樹脂使用，所以，通過有選擇地照射紫外線，可很容易地選擇要固化部分作為電絕緣用覆膜。
此外，在本發明的所述絕緣步驟中，最好使用刮板塗覆所述電絕緣用樹脂。
在本發明中，由於使用刮板塗覆所述電絕緣用樹脂，所以能以必要厚度進行均勻塗覆。
根據本發明，由於使用刮板塗覆所述電絕緣用樹脂，所以能準確地控制塗覆厚度，而有效地形成電絕緣用覆膜。
另外，在本發明的所述電極形成步驟中，最好使用刮板塗覆所述導電性漿料。
在本發明中，由於使用刮板塗覆所述導電性漿料，所以，能夠在半導體顯示器件上均勻地塗覆成為厚膜電極的導電性漿料。
根據本發明，由於使用刮板塗覆所述導電性漿料，所以，能容易地調整在發光顯示元件的兩側形成的厚膜電極的厚度。
通過下述的詳細說明和附圖，會更清楚地了解本發明的上述目的和其它目的、特點、以及優點。
附圖的簡要說明
圖1A是表示本發明的一個實施例涉及的LED晶片41的安裝狀態的剖視圖；圖1B是表示圖1A的LED晶片41外觀形狀的透視圖；圖2是表示在製造圖1A和圖1B中的LED晶片41的工序中作為LED晶片60而準備的狀態的簡化剖視圖；圖3是表示把圖2中的LED晶片60粘貼在粘貼片61上的狀態的剖視圖；圖4是表示對在圖3中粘在粘貼片61上的LED晶片60進行切割分離的狀態的剖視圖；圖5是表示在圖4中使粘貼片61延伸而擴大LED晶片41之間間隔的狀態的剖視圖；圖6A是表示塗覆絕緣用樹脂的工序中就要塗覆時的狀態的簡化剖視圖；圖6B是表示塗覆絕緣用樹脂的工序中正在進行塗覆時的狀態的簡化剖視圖；圖7A是表示對絕緣用樹脂進行選擇性曝光而進行固化的工序的簡化剖視圖；圖7B是表示在固化絕緣用樹脂之後去除未固化部分的工序的簡化剖視圖；圖8A是表示塗覆銀漿的工序中就要塗覆時的狀態的簡化剖視圖；圖8B是表示塗覆銀漿的工序中在一個表面上塗覆時的狀態的簡化剖視圖；圖8C是表示塗覆銀漿的工序中在另一個表面上塗覆時的狀態的簡化剖視圖；圖9是表示最終分離LED晶片41的切塊工序的簡化剖視圖；圖10是表示以橫置方式在單元基片45上放置切割後的LED晶片41的狀態的簡化剖視圖；圖11A是表示如圖6A、圖6B所示的絕緣用樹脂的塗覆工序中放置了工件的狀態的剖視圖；圖11B是表示如圖6A、圖6B所示的絕緣用樹脂的塗覆工序中在工件上放置掩膜時的狀態的剖視圖；圖11C是表示如圖6A、圖6B所示的絕緣用樹脂的塗覆工序中從掩膜上塗覆UV樹脂時的狀態的剖視圖；圖11D是表示如圖6A、圖6B所示的絕緣用樹脂的塗覆工序中除去掩膜的時狀態的剖視圖；圖12是表示本發明的另一實施例涉及的LED晶片81的安裝狀態的剖視圖；圖13是表示本發明的又一實施例涉及的LED晶片91的安裝狀態的剖視圖14是表示用各向異性導電樹脂粘接劑94、95連接圖13中的LED晶片91時的狀態的剖視圖；圖15是表示在圖14中端子電極92和布線導線46之間的間隙附近狀態的示意性剖視圖；圖16、17、18是分別表示本發明其它實施例涉及的LED晶片96、101、111的大致結構的剖視圖；圖19是表示本發明再一個實施例涉及的LED晶片121的大致結構的側視圖；圖20A是表示現有LED1晶片的安裝狀態的剖視圖；圖20B是表示在現有LED1晶片的安裝狀態下放置精度差的情況的剖視圖；圖20C是表示現有LED1晶片外形的透視圖；圖21A是表示在現有LED晶片11的側面的局部形成有絕緣膜時的安裝狀態的剖視圖；圖21B是表示在現有的LED晶片11的側面的局部形成有絕緣膜時外形的透視圖；圖22A是表示圖21中的LED晶片11的安裝狀態的剖視圖；圖22B是表示安裝圖21中的LED晶片11時的位置偏差的影響的剖視圖；圖22C是表示安裝通過壓接加熱而形成的LED晶片11的過程的簡化剖視圖；圖23是表示圖21中的LED晶片11的製造工序的工藝流程圖。
下面，參照附圖詳細說明本發明的優選實施例。
圖1A和圖1B表示把本發明的一個實施例涉及的LED晶片41放置在基片上時的安裝狀態和外表形狀。圖1A表示以PN接合面42垂直於基片的橫置方式放置在基片上的安裝狀態。在同LED晶片41的PN接合面42相垂直的方向的兩側，分別形成作為P極和N極的薄膜電極43、44。LED晶片41被放置在單元基片45上，並使PN接合面42垂直於基片。在單元基片45上設有作為電氣連接用的連接電極的布線導線46、47。
LED晶片41側面的晶面50被整體成形的無色透明或有色透明的絕緣膜52所覆蓋。所形成的絕緣膜52作為絕緣性覆膜，從離PN接合面42較近的表面向外延伸。在該表面上形成比LED晶片41的端面小的薄膜電極43。在另一個表面上形成的薄膜電極44覆蓋LED晶片41的整個端面。在各薄膜電極43、44兩側分別形成厚膜電極53、54作為端子電極。對例如東芝株式會社製造的CT 225K等銀漿進行熱固化而形成厚膜電極53、54。圖1B表示LED晶片41立起時的外形。
如圖1A所示，本實施例的LED晶片41的側面全部被絕緣膜52所覆蓋，從而使晶面50不露在外面，因此，即使在往單元基片45上安裝時放置位置產生偏差，只要通過導電性漿料56、57維持布線導線46、47和厚膜電極53、54之間的電氣連接，就不會產生LED晶片41亮度低和不亮的情況。
圖2～圖5，圖6A、6B，圖7A、7B，圖、8A、8B、8C、圖9和圖10表示製造圖1A、圖1B所示的LED晶片41的工藝流程。首先，如圖2所示，準備例如厚度為250μm的LED晶片60。在LED晶片內部，在N型基片上使N層外延生長，然後在這上面形成使P層外延生長的PN接合面，在一個表面上同各發光顯示元件的個數相對應地形成薄膜電極43，並在另一個表面的整個表面上形成薄膜電極44。用厚度大約為0.2μm的金和銀等金屬膜形成這些薄膜電極43、44。
此外，使用例如磷化鎵(GaP)和砷化鎵(GaAs)等III-V族化合物半導體作為LED晶片60的材料。形成LED晶片60的半導體材料，不僅僅是III-V族化合物半導體，而且，最好是從II-VI族化合物半導體或碳化矽(SiC)等化合物半導體等中選擇的物質。其原因是，在這些化合物半導體中所含的發光物質多，還可以通過改變物質來改變發光顏色。絕緣膜52的形成材料是從環氧系列樹脂和酚醛系列樹脂等的有機材料、以及氧化矽(SiO2)和氧化鋁(Al2O3)等的無機材料中選擇的電絕緣物質，而且，最好是使從PN接合面42射出的出射光透過的透明物質。這是為了不降低光的利用率。
如圖3所示，在另一個表面把LED晶片60貼在粘貼片61上。粘貼片61是聚乙烯制薄膜，粘貼力大約為150g/25mm。然後，如圖4所示，把粘貼在粘貼片61上的LED晶片60全切割成單個的LED晶片41。切塊裝置的刀片厚度大約為40μm，因切割時的振動等原因使切縫寬度成為50μm。切割間距為300μm，切割後的LED晶片41的寬度為250μm。接著，如圖5所示，拉伸粘貼片61，把LED晶片41之間的間隔擴大到100μm。
圖6A、6B、6C表示擴大LED晶片41之間的間隔之後塗覆紫外線固化型UV樹脂62時的狀態。在圖6A所示的塗覆之前，把UV樹脂62暫時堆在粘貼片61上，然後，如圖6B所示，使塗覆機的刮板63同粘貼片61的表面平行地移動而進行塗覆，從而在LED晶片41的薄膜電極43表面塗上厚度為10μm左右的UV樹脂62。作為UV樹脂62，可使用如住友金屬礦山株式會社製造的UV-80D。圖7A、7B表示利用光掩模64且選擇性地照射紫外光65而對塗覆的UV樹脂62進行固化的狀態。為了使各LED晶片41的上面不被固化，用光掩膜64蓋住UV樹脂62，只是固化LED晶片41之間的部位。當照射紫外光65的時候，只有作為絕緣用樹脂的UV樹脂62的、被紫外光65照射的部分被固化，沒被紫外光65照射的部分保持原來的液態。
圖7B表示用丙酮之類的有機物除去未固化的UV樹脂62而把固化的UV樹脂62作為絕緣膜52留下的狀態。在用丙酮洗掉未固化的UV樹脂62的部分，重新露出薄膜電極43。
圖8A、8B、8C表示在露出的薄膜電極43上塗覆銀漿的工序。如圖8A所示，把銀漿66堆在粘貼片61上，然後，如圖8B所示，使塗覆機的刮板63同粘貼片61的表面相平行地移動，從而塗覆50μm厚的銀漿66。如圖8C所示，還要在除去粘貼片61的另一表面上塗覆銀漿。可通過調整塗覆機刮板63的高度來控制現在為50μm的塗覆厚度。在兩側塗銀漿66之後，通過在例如150℃下加熱2小時而進行固化，可得到厚膜電極53、54。
圖9表示用切塊裝置對各LED晶片41之間的絕緣膜52和厚膜電極53、54進行全切割時的狀態。在用切塊裝置進行全切割之前，把粘貼片67再粘貼在另一側表面上。當用切塊裝置以50μm的切割寬度進行切割時，以各LED晶片41上以形成著25μm厚絕緣膜25的狀態切割出LED晶片41。這樣的切割結果，晶片尺寸為0.30mm×0.30mm。
圖10表示把在圖9中完成的LED晶片41安裝在晶片放置用單元基片45上的狀態。在布線導線46、47上附著熱固型導電性漿料56、57，在該導電性漿料56、57上放置LED晶片41。放置晶片後，通過對作為導電樹脂粘接劑的導電性漿料56、57進行熱固化，使LED晶片41被固定在單元基片45上。
在本實施例中，如圖4所示地進行全切割之後，再如圖6A、6B和圖7A、7B所示地把UV樹脂62塗覆在LED晶片41之間，所以，可用絕緣膜52覆蓋LED晶片41的整個側面。在圖23所示的現有LED晶片的製造方法中，在如步驟S5所示地進行半切割之後，如步驟S7所示地形成絕緣膜，因此，不能在LED晶片11的整個側面形成絕緣膜12。其原因是，如果在步驟S5中進行全切割，則LED晶片11會散亂。在本實施例中，如圖3所示，由於在LED晶片60上預先貼有粘貼片61，所以在圖4中可對LED晶片60進行全切割。
而且，在本實施例中，如圖5所示地進行全切割之後擴大晶片之間的間距。在圖9所示的全切割過程中，相鄰的LED晶片41之間所必要的寬度雖然是100μm，但是在圖4的切割中的距離為50μm。通過進行圖5所示的擴大，使LED晶片41之間的距離擴大到50～100μm。反之，在本實施例的製造工序中，由於能夠進行擴大，所以，從圖4和圖6A的比較可知，能夠使切割寬度變窄，並能有效地使用LED晶片60。當能夠區別LED晶片41的安裝方向時，還能夠只在同單元基片45接觸的側面形成絕緣膜52，或是在整個表面體成形之後除去其它部分。
圖11A、11B、11C、11D進一步詳細表示圖6A、6B所示的絕緣樹脂的塗覆工序。如圖11A所示，把處於圖6A所示狀態的工件70安置在塗覆機的基座71上。接著，如圖11B所示，把具有比工件70表面略小的開口部的掩模72放置在工件70上，並在掩模72上堆放UV樹脂62。調整刮板63的刃端高度，將從基座71表面的高度調整為x，如圖11C所示，然後，同基座71表面平行地移動刮板63。這樣，可以在工件70上均勻地塗覆UV樹脂62。如圖11D所示，如果從工件70的表面去除去掩模72，則能夠在工件70的表面塗覆踞基座71表面的高度為x的UV樹脂62。可按同樣方法塗覆圖8A、8B、8C所示的銀漿66。
圖12表示在本發明的另一實施例的LED晶片81中，使用焊錫等導電性焊料84、85把位於PN接合面42兩側的電極82、83和布線導線46、47的電氣連接的狀態。即使在用焊錫等進行接合的情況下，如果形成絕緣膜52，也能避免發生短路等現象。導電焊料84、85和圖1A、圖1B中的導電性漿料56、57等導電樹脂粘接劑，價格比後述的各向異性導電樹脂粘接劑低，所以，能夠以低成本安裝並電氣連接到LED晶片41、81的單元基片45上。
圖13表示本發明的又一個實施例，形成的LED晶片91的端子電極92、93大於LED晶片91本身的截面，當將其放置在單元基片45上時，在單元基片45表面和PN接合面42之間設置臺階，以產生高度為D的空間。在放置於單元基片45上的狀態下，PN接合面42的下端所處的位置高於端子電極92、93的下端。若在PN接合面42的側端和單元基片45之間、即晶面50和單元基片45之間有這樣的空間，則PN接合面42之間不會與單元基片45上的布線導線等接觸而發生短路，能保持良好的絕緣狀態。
圖14表示利用各向異性導電樹脂粘接劑94、95把圖13所示的LED晶片91和布線導線46、47電氣連接起來的狀態。在單元基片45的布線導線46、47上塗覆好未固化的各向異性導電樹脂粘接劑94、95並放置LED晶片91之後，進行加壓加熱。例如，施加的壓力為2～20Kgf/cm2。例如，各向異性導電樹脂粘接劑94、95可使用日本的ハイソ-ル公司製造的商品「モ-フイットTG-9000R」及其同類產品。該各向異性導電樹脂粘接劑94、95是在液態透光環氧樹脂摻入幾～幾十wt％的導電顆粒而構成的。導電顆粒的粒徑約小於10μm。
圖15表示在圖14中加壓後的效果，示意性地表示端子電極92和布線導線46之間的間隙附近的各向異性導電樹脂粘接劑94的內部。如果不加壓，作為導電成分而包含在各向世性導電樹脂粘接劑94中的金屬等導電材料粒子96會以分散狀態存在。由於樹脂本身是電絕緣性的，所以，當粒子97分散時不會表現出導電性。在被加壓的部分，粒子96之間、以及粒子96和端子電極92的側面或布線導線46相接觸，而表現出導電性。由於壓力僅施加在端子電極92的側面和布線導線46的表面之間，所以其它部分的各向異性導電樹脂粘接劑94仍然保持電絕緣性。其它端子電極93和布線導線47一側也是相同的。若加熱使樹脂固化，則能夠在單元基片45上固定LED晶片91而牢靠地安裝。
此外，粒子96的粒徑d最好小於LED晶片91的晶面50和單元基片45表面之間的間隔D。這樣，即使粒子96侵入到PN接合面42附近，也不會使PN接合面42之間短路，從而保持PN接合面42的良好的電絕緣性。而且，在圖12～15所示的實施例中，不論端子電極82、83、92、93是圖1A、1B中的厚膜電極53、54，還是圖2中的薄膜電極43、44，都同樣地可以進行連接。
圖16表示本發明的又一個實施例涉及的LED晶片97。LED晶片97是在圖13～15所示的實施例涉及的LED晶片91的晶面50表面覆蓋絕緣膜52而形成的。以此，可進一步確保PN接合面42的電絕緣性。絕緣膜52的表面和端子電極92、93的側端面處於同一平面，所以，形成絕緣膜52的電絕緣覆膜至少不應超出端子電極92、93的側端面，當把LED晶片97放置在單元基片45上時，可使布線導線46、47和端子電極92、93直接接觸。
圖17表示本發明的再一個實施例涉及的LED晶片101，其中的端子電極102、103是由金屬薄膜104、105和導電焊料或導電樹脂粘接劑106、107形成的。以晶片狀態形成的金屬薄膜電極43、44和金屬薄膜104、105，可用導電焊料或導電樹脂粘接劑106、107連接，其成本低於使用各向異性導電樹脂粘接劑時的成本。
圖18表示本發明的又一個實施例涉及的LED晶片111，用金屬薄膜104、105和各向異性導電樹脂粘接劑116、117形成端子電極112、113。使用各向異性導電樹脂粘接劑116、117牢固地連接以晶片狀態形成的金屬薄膜電極43、44和金屬薄膜104、105。
圖19表示本發明的又一個實施例涉及的LED晶片121，至少一個端子電極122留出了透光空間123。在本實施例中，不是在同PN接合面平行的整個晶面上形成端子電極122，而是只形成於局部。未形成有端子電極122的部分成為透光空間123，露出半導體結晶。利用來自透光空間123的發光，可提高LED晶片121的光輸出強度。例如和特開昭54-22186所示的現有技術相同地，透光空間123可使用各種形狀。
此外，在各實施例中，最好使厚膜電極53、54和端子電極82、83、92、93、102、103、112、113、122的表面同單元基片45等的電布線基片的表面相垂直。其原因在於，由於厚膜電極53、54和端子電極82、83、92、93、102、103、112、113、122等的側端面是同表面相垂直地切割而形成的，因此，該側端面同布線導線46、47等的布線導線是平行的。如果側端面和導線不平行，則不能面接觸而只能線接觸，使接觸面積變小。當接觸面積大的時候，易於獲得導通，可減小電阻。
本發明在不脫離其精神或主要特徵的情況下，可以具有其它各種實施方式。因此，上述實施例只不過是例示而已，本發明的範圍是權利要求中所述的內容，而不為說明書所限。
還有，屬於權利要求的等同範圍的變形和變更，都屬於本發明範圍。
權利要求
1.一種發光顯示元件，是用晶片狀半導體材料製成的，放置後PN接合面和電布線基片相垂直，並且，把在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極和保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極接合起來，其特徵在於，在端子電極之間，一個側面朝向所述電布線基片，且至少在所述側面的整個表面上形成電絕緣覆膜。
2.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，所述電絕緣覆膜是由紫外線固化型樹脂形成的。
3.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，所述電絕緣覆膜對於從所述PN接合面射出的光來說是透明的，並且是從包含環氧樹脂和酚醛樹脂的有機材料、或是包含氧化矽和氧化鋁的無機材料中選擇的物質。
4.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，所述半導體材料是從III-V族化合物半導體、II-VI族化合物半導體或者碳化矽中選擇的物質。
5.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，所述端子電極是通過金屬薄膜和導電焊料或導電樹脂粘接劑的組合而形成的。
6.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，所述端子電極是通過金屬薄膜和各向異性導電樹脂粘接劑的組合而形成的。
7.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，所述端子電極形成於同所述PN接合面相垂直的方向的兩端，其表面和所述電布線基片的表面相垂直。
8.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，形成所述端子電極時至少在局部留出透光空間。
9.根據權利要求1的發光顯示元件，其特徵在於，在朝向所述布線基片的側面形成臺階，使PN接合面的側端部所處位置比端子電極的側端面還要靠裡側。
10.根據權利要求9的發光顯示元件，其特徵在於，所述電絕緣覆膜形成於形成有所述臺階的側面，使表面與兩端的所述端子電極的側端面位於同一平面。
11.一種發光顯示元件，是用晶片狀半導體材料製成的，放置後PN接合面和電布線基片相垂直，並把在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極和保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極接合起來，其特徵在於，在朝向電布線基片的側面形成臺階，使PN接合面的側端部所處位置比端子電極的側端面還要靠裡側。
12.根據權利要求11的發光顯示元件，其特徵在於，在形成有所述臺階的側面形成電絕緣覆膜，使表面和兩端的所述端子電極的側端面位於同一平面。
13.一種往電布線基片上連接發光顯示元件的方法，其特徵在於，使用各向異性導電樹脂粘接劑把所述發光顯示元件的端子電極連接在所述電布線基片的連接電極上，其中，所述發光顯示元件是用晶片狀半導體材料製成的，放置後PN接合面和電布線基片相垂直；在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極被接合在保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極上；在端子電極之間，一個側面朝向所述電布線基片，且至少在所述側面的整個表面上形成電絕緣覆膜，或是形成臺階以使PN接合面的側端部所處位置比端子電極的側端面還要靠裡側。
14.根據權利要求13的往電布線基片上連接發光顯示元件的方法，其特徵在於，使用各向異性導電樹脂粘接劑連接在所述電布線基片的連接電極上，所述各向異性導電樹脂粘接劑中作為導電成分只含有最大粒徑小於所述臺階的粒子。
15.根據權利要求13的往電布線基片上連接發光顯示元件的方法，其特徵在於，使用導電焊料或導電樹脂粘接劑，把所述發光顯示元件的端子電極連接在所述電布線基片的連接電極上。
16.一種發光顯示元件的製造方法，放置後的發光顯示元件的PN接合面和電布線基片相垂直，在同PN接合面相垂直的方向的兩端形成的端子電極，被接合在保持間隔而設置於電布線基片上的連接電極上，其特徵在於，所述製造方法包括晶片製造步驟，在半導體晶片內部形成同表面平行的PN接合面，在一個表面上形成各發光顯示元件的各自的端子電極，在另一個表面的整個表面上形成電極層；元件間隔擴大步驟，把所述半導體晶片的另一個表面粘貼在粘貼片上，然後在各發光顯示元件之間切割半導體晶片而分離成單個的發光顯示元件的晶片，並拉伸粘貼片而擴大發光顯示元件晶片之間的間隔；絕緣步驟，從所述一個表面側，在所述發光顯示元件晶片之間的間隙中塗覆電絕緣用樹脂，並將其固化；去除絕緣步驟，從所述一個表面側的端子電極表面，去除被固化的電絕緣用樹脂而露出端子電極表面；電極形成步驟，從所述一個表面側塗覆導電性漿料，並剝離所述另一個表面側的粘貼片而塗覆導電性漿料，再熱固化塗覆在兩個表面上的導電性漿料，從而形成膜電極；分離發光顯示元件晶片的步驟，在所述各發光顯示元件晶片之間，以能留下所述被固化的電絕緣用樹脂的方式進行切割，從而，對在側面的整個表面上具有電絕緣用樹脂層的發光顯示元件晶片進行分離。
17.根據權利要求16的發光顯示元件的製造方法，其特徵在於，在所述絕緣步驟中塗覆的電絕緣用樹脂是紫外線固化型的。
18.根據權利要求16的發光顯示元件的製造方法，其特徵在於，在所述絕緣步驟中，使用刮板塗覆所述電絕緣用樹脂。
19.根據權利要求16的發光顯示元件的製造方法，其特徵在於，在所述電極形成步驟中，使用刮板塗覆所述導電性漿料。
全文摘要
一種發光顯示元件。以橫置方式放置LED晶片,使PN接合面垂直於單元基片。LED晶片的結晶面的側面被提高,以留出間隔,或被由紫外線固化型樹脂形成的絕緣膜整體覆蓋,因此,即使和單元基片上的布線導線接觸也不會發生短路等電氣現象。往電布線基片上連接時,是通過導電性漿料把厚膜電極和布線導線電連接起來。由於不需要高精度的定位就可以在單元基片上放置多個橫置型LED晶片,所以可容易地製造點陣式圖像顯示單元等。
文檔編號H05K3/32GK1189702SQ9712971
公開日1998年8月5日 申請日期1997年12月27日 優先權日1996年12月27日
發明者太田清久 申請人:夏普公司